随着数字电路设计的规模和复杂性越来越大，设计验证也变得更加困难和复杂。为了解决这一挑战，验证工程师使用了一些验证工具和方法。

对于大型的、数百万门电路级的设计，通常使用一套正式的验证工具。这些工具通常是商业化的，并且具有许多高级特性，如代码覆盖率分析、功能覆盖率分析、动态波形仿真等等。这些工具能够有效地完成大规模电路的验证任务，并且可以保证电路的正确性。

然而对于小型的设计，则通常会使用带有testbench的HDL仿真工具进行测试。这些仿真工具可以帮助设计工程师检查电路的正确性，并且发现其中可能存在的错误。HDL仿真工具是一种被广泛采用的验证方法，因为它们易于使用，且成本较低。

通常，Testbenches会实现以下任务：

实例化被测模块

通过对模块功能，编写测试激励

输出仿真结果到终端或波形窗口观察调试，或者输出成文件

将实际结果与预期结果进行比对

testbench可用VHDL、Verilog和System Verilog编写。由于它们仅用于仿真，所以不受可综合过程中使用的RTL语言子集的语义约束限制。这意味着可以更通用地编写测试testbenches，使它们更易于维护。

这个指令是Verilog语法中的一条预编译指令，通常用来指定仿真中时间的单位与精度，用于指定testbenches的单位时间步长。

这条指令的语法为：

其中reference_time是仿真中的时间单位，而precision则决定了仿真时间的精度

注意：

时间单位和时间精度只能是1、10和100这3个整数中之一

单位可以是s、ms、us、ns、ps和fs

时间精度必须小于或等于时间单位

下面看一个简单的例子来了解下`timescale的使用方法：

说明：

时间单位设置为10ns，精度设置为1ns

第1次在#1时对set赋值0，此时延时时间为10ns，因为时间单位为10ns，#1表示延时1个时间单位

第2次在#d时对set赋值1，此时延时时间为18+10ns，因为时间单位为10ns，#d表示延时1.8个时间单位，即18ns

小tips：

1、不要设置无意义的高精度，时间精度越高，对应的仿真所消耗的资源和时间就越多，比如“`timescale 1ns/1ps”，一般仿真时不需要精确到ps级，所以只需要设置成ns级就行，比如“`timescale 1ns/1ns”。

2、模块中虽然可以包含多个`timescale，但建议只设定一个`timescale语句。注意预编译指令通常都是顺序执行的，新的一条相同的预编译指令会覆盖旧的预编译指令。

时序逻辑是必须有时钟的，生成时钟逻辑很简单，如下所示：

延时表示：#+时间，如#2，即表示从现在开始20个时间单位后执行操作。

initial语句块一般只能用于行为仿真，但简单的使用initial对变量初始化也是可以综合的。

Verilog文件中的所有initial块都是同时并发执行的，但在每个initial块内部是按照写入的顺序执行的。

编写测试激励时，可以使用多个initial块将复杂逻辑分成多个部分，这样写的代码更具可读性和可维护性。

代码示例：

$finish表示停止仿真，当程序仿真执行到该语句时，软件会提示要不要退出仿真。如果选是，则仿真结束，退出仿真窗口。

$stop表示暂停仿真，当程序仿真执行到该语句时，仿真会暂停，常用于抓取仿真过程中出现错误状态时，或检测某个信号时，暂停仿真。

一般与wait函数配合使用，检测到仿真结束条件时，停止仿真，这样就不用一直盯着仿真界面。

直接在initial语句中，调用该语句即可，如：

$timeformat用于修改%t格式下显示时间的方式，在一个initial块中，会一直保持生效，直到执行了新的$timeformat。

语法：

说明：

（1）units_num

表示打印的时间值的单位， 0 表示秒，-3 表示毫秒，-6 表示微秒，-9 表示纳秒， -12 表示皮秒， -15 表示飞秒；-10表示以100ps为单位。

（2）precision_num

表示在打印时间值时，小数点后保留的位数。其默认值为0。

（3）suffix_str

在时间值后面打印的一个后缀字符串。其默认值为空字符串。

（4）minimum_field_wdith

时间值字符串与后缀字符串合起来的这部分字符串的最小长度，若这部分字符串不足这个长度，则在这部分字符串之前补空格。其默认值为20。

可以在终端窗口打印出一条文本信息，支持自动换行。

变量输出格式：

%t 将显示的$realtime值按照格式化为$timeformat设定的时间格式;

%h 用于十六进制格式;

%d 用于十进制格式;

%o 用于八进制格式;

%b 用于二进制格式;

%c 用于ASCII 码格式输出;

%s 用于字符串格式输出。

用于追踪变量的变化情况，只有追踪的变量发生变化才会在终端打印显示结果，支持自动换行。

仿真结果：

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下面给一个经典示例，包括时钟、被测模块、测试激励和结果监控。

移位寄存器的简单Verilog设计：